Synthesis of conjugated material systems for biological and medical imaging applications

Repenko, Tatjana; Pich, Andrij (Thesis advisor); Kühne, Alexander (Thesis advisor)

Aachen (2018, 2019)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2018

Kurzfassung

Die Menschheit leidet an unterschiedlichen Arten von Krankheiten, die es unerlässlich machen, die Diagnostik für die Früherkennung von Krankheiten zu verbessern und angepasste therapeutische Strategien zu entwickeln. Die Unterscheidung zwischen gutartigem und erkranktem Gewebe bleibt eine große Herausforderung, vor allem in den frühen Stadien der Erkrankung, sowie während einer Operation, um eine eindeutige Diagnose zu stellen und eine vollständige Entfernung des pathologischen Gewebes zu erreichen und das Wiederauftreten zu minimieren. Um die therapeutische Effizienz zu steigern und Nebenwirkungen in der Behandlung zu verringern, müssen die Sensitivität und Genauigkeit der diagnostischen Methoden verbessert werden. Biologische und medizinische Bildgebung sind eine wesentliche Technologie für diese diagnostischen Ansätze, die gleichzeitig die Entwicklung dazugehöriger bildgebender Sonden für eine hochspezifische Lokalisation und einen starken Kontrast unerlässlich machen. Die Ansatzpunkte für augenscheinliche identische Krankheitsbilder variieren zwischen Patienten und erfordern deshalb Patientenstratifikation wobei bildgebenden Sonden helfen können die richtige Therapie individuell auf den Patienten anzupassen. Der resultierende personalisierte medizinische Ansatz kann mit der Bereitstellung geeigneter Imaging-Komponenten weiter verbessert werden. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt in der Entwicklung und Synthese neuer Bildgebungssonden für bio-medizinische Zwecke. Konjugierte organische Materialien sind von Vorteil, da sie aufgrund ihres großen π-konjugierten Systems und der delokalisierten elektronischen Struktur eine außergewöhnlich helle Fluoreszenz aufweisen und zudem ihre Emission leicht vom Sichtbaren bis in den nahen infrarot Bereich eingestellt werden kann. Darüber hinaus besitzen konjugierte Makromoleküle und Polymere eine geringe Zytotoxizität und sind in der Regel biokompatibel. Ich werde in dieser Arbeit unterschiedlichen Ansätzen nachgehen, um Bio-Imaging Sonden mit der Möglichkeit zur Oberflächenfunktionalisierung zu entwickeln. Konzepte für Ausscheidungs- und Abbaumöglichkeiten werden erarbeitet und ihre Performanz in der Bildgebung, ihre Biokompatibilität und die gezielte Bindung an biomedizinische Erkennungsmotive werden untersucht für: a) wasserlösliche biomimetischen Polymere, b) hybride anorganische Kernpartikel mit einer biomimetischen Polymerschale, c) biologisch abbaubare, stark fluoreszierenden konjugierten Polymerpartikeln und d) molekularen wasserlöslichen biofunktionalisierbaren Sonophore. Ziel der Arbeit ist es, einen Baukasten für fluoreszente und photoakustische Sonden zu entwickeln, die je nach Art des erkrankten Gewebes und dem Einsatzort ausgewählt und funktionalisiert werden können.